设备管理_化工设备机械基础夹套反应釜课程设计及答辩

夹套反应釜 课程设计任务书 目录 第一章反应釜釜体的设计 第三章反应釜传动装置 第五章反应釜的轴封装置 第六章反应釜的其它附件 第二章反应釜夹套的设计 第一章反应釜釜体的设计 第四章搅拌装置的选型与尺寸设计 课程设计说明书 计算部分 选型部分 计算部分 第一章反应釜釜体的设计 1 1反应釜筒体的设计和计算 1 1 1筒体DN的确定对于直立反应釜来说 釜体设备的全容积是指圆柱形筒体及下封头容积 即V Vg Vf式中Vg 设备筒体部分容积 m3 Vf 封头容积 m3由于反应时基本处于气液共存状态 换热一定要及时 所以主要目的要增大传热面积 根据实际经验几种搅拌器的长径比大致如附表所示 参考文献 1 P287表9 3 所以设备的长径比 1 2 设备条件反应温度小于200 物料在反应过程中要呈沸腾的状态 并且在反应过程中要进行搅拌 根据操作时允许的装满程度来确定装料系数 本反应釜内的反应物质为氯乙烯单体 其粘度远小于水 为提高设备的利用率 故选用 0 6设备容积V与操作容积的关系为Vg V故全容积为V Vg 4 3 确定装料系数及全容积 Di的计算 将L Di 1 2 0 6代入公式得Di圆整后Di 1600根据规定 1600 反应釜筒体PN的确定根据设计要求 反应釜体内部压力为2 8MPa 因此PN 2 8MPa 反应釜筒体封头的设计选型和计算 1 2 1封头的选型根据设计要求 该反应釜的封头选用标准为椭圆形封头 类型是EHA 参考文献 1 P104图4 4 1 2 2设计参数的确定Pc 2 8MPa 1 双面焊接 100 无损探伤 C1 1 C2 1 当操作温度为200 时 查表得到16MnR材料 170MPa1 2 3封头壁厚的计算式子中是一经验式 因所选的为标准椭圆形封头 所以K 1将确定的参数代入公式 13 23mm 设计厚度 13 23 1 0 14 23 名义厚度 圆整量 14 23 1 15 23 圆整后取 16 1 4 4封头深度计算H Di 4故封头深度为H 400mm 1 3反应釜筒体长度H的设计 1 3 1反应釜筒体长度H计算椭圆形封头的容积带入已知的数据 则筒体每米高容积带入相关数据 则则筒体高度估算为H 圆整后取得H 1800 1 3 2反应釜体长径比L Di复核反应釜体长度L H h 其中 H为筒体h为标准椭圆封头直变长为椭圆深度L 1800 25 400 1958mm圆整后L 2000mm长径比复核与所选用的长径比基本相符 1 4反应釜筒体壁厚设计 内压容器的壁厚计算公式为代入数据得设计厚度 13 29 1 0 14 29 名义厚度 圆整量 14 29 1 15 29 圆整后取 16 筒体的壁厚和封头的相同所以选 16 2 1夹套釜体DN PN的确定2 1 1夹套釜体DN的确定夹套直径与筒体直径的关系 参阅文献 3 表18 3 2 1 2夹套釜体PN的确定由设计要求知夹套内部压力为2 0MPa 因此夹套釜体PN 2 0MPa 第二章反应釜夹套的设计 2 2夹套筒体的设计 2 2 1设计参数的确定Pc 2 0MPa 1 双面焊接 100 无损伤探伤 C1 1mmC2 1mm查表得到16MnR的2 2 2夹套筒体壁厚的设计内压薄壁圆通的厚度设计可由公式代入数据mm设计厚度mm名义厚度 11 97 1 12 97mm圆整后名义厚度mm 2 2 3夹套筒体长度椭圆形封头的容积代入数据 0 6431102筒体每米高容积代入数据2 2698007则夹套筒体高度估算为m圆整后 1000mm 2 3夹套封头的设计 2 3 1封头的选型根据设计要求可选用椭圆形封头 类型是EHA2 3 2设计参数的确定Pc 2 0MPa 1 双面焊接 100 无损探伤 在250 时16MnR的2 3 3夹套封头壁厚的设计将已知参数代入公式mm圆整后 2 4对筒体和封头进行强度校核 根据参考文献 1 附表9 1得到 常温下 170MPa在操作温度下 250 156MPa在操作时夹套的内压P 2 0MPa筒体的内压Pc 2 8MPa 1因为 P Pc所以在进行校核时筒体应该按照筒体的内压P 2 8MPa进行校核 夹套按照夹套的内压p 2 0MPa进行校核 2 4 1夹套 内压容器的试压 液压 Pt 1 25p 1 25 2 0 2 72气压 Pt 1 15p 1 15 2 0 2 51 14 2 12 345MPa 液压 194 03MPa0 9 0 9 1 345 310 5MPa因为 0 9 所以水压试验验证强度足够 气压 179 05MPa0 8 0 8 1 345 276MPa因为 0 8 所以气压实验验证强度足够 2 4 2筒体 内压容器的试压 液压 Pt 1 25p 1 25 2 8 3 81气压 Pt 1 15p 1 15 2 8 3 51 16 2 14 345MPa液压 194 03MPa0 9 0 9 1 345 310 5MPa因为 0 9 所以水压试验验证强度足够 气压 218 55MPa0 8 0 8 1 345 276MPa因为 0 8 所以气压实验验证强度足够 2 5法兰连接结构的设计 法兰连接是由一对法兰 数个螺栓和一个垫片 圈 所组成 法兰在螺栓预紧力的作用下 把处于法兰密封表面上的凹凸不平处填满 这样就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件 压力容器法兰从整体看有三种形式 甲型平焊法兰 乙型平焊法兰 长颈对焊法兰 参阅文献 2 表10 1及文献 1 附表14 1 根据它们的公称直径 即与法兰配用的容器内径 和公称压力 可以理解为法兰的实际压力 选定法兰类型为长颈对焊法兰 其主要尺寸如下表 第四章搅拌装置的选型与尺寸设计 4 1反应釜的搅拌装置在反应釜中 为增加反应速率 强化传质或传热效果以及加强混合等作用 常常装设搅拌装置 搅拌装置由搅拌器与搅拌轴组成 搅拌器形式很多 通常由工艺确定 搅拌轴可用实心或空心直轴 碳钢材料常选用45号钢 有防腐或污染要求的场合 应采用不锈耐酸钢 4 2搅拌器的设计搅拌器又称搅拌桨或叶轮 它的功能是提供工艺过程所需的能量和适宜的流动状态 以达到搅拌的目的 搅拌器的型式主要有 桨式 推进式 框式 涡轮式 螺杆式和螺带式 根据任务说明书要求 并参阅 3 表18 5 选取搅拌器 其参数如下表 搅拌器主要参数Di 0 5DN 0 5 1600 800b 0 15Di 0 15 800 180搅拌桨的搅拌效果和搅拌效率与其在釜体的位置和液柱的高度有关 搅拌桨浸入液体内的最佳深度为下封头与圆筒交界处 由所选封头可知 搅拌桨高度为400mm 4 3搅拌轴直径的初步计算 4 3 1搅拌轴的直径的计算轴的强度计算应根据轴的承载情况 采用相应的计算方法 对于只传递扭矩的圆截面 其强度条件为其中 式中 轴的扭剪应力 MPa T 扭距 N mm 抗扭截面模量 对圆截面轴 160 2P 轴所传递的功率 KW n 轴的转速 r min d 轴的直径 mm 轴的材料的许用应力 MPa 对于既传递扭矩又承受弯矩的轴 也可采用上式初步估算轴的直径 但应将轴的许用剪应力适当降低 以弥补弯矩对轴的影响 将降低后的许用应力代入上式 可得如下设计公式A是由轴的材料和承载情况确定的系数 查阅参考文献 3 第十一章235页 得A 118 所以d 118 37 8mm 根据安装轴上零件及其他结构上的要求 轴径还需要适当增加5 15 通常得增加2 4mm的腐蚀裕量 所以d 37 81 15 4 47 47mm圆整得50mm 轴的材料 45钢 4 3 2搅拌轴刚度校核电动机功率P 4 0KW 搅拌轴的转速n 85r min 材料为45钢 40MPa 剪切弹性模量G 8MPa 许用单位扭转角 m 由Tmax 9 55 Nmm 得所以圆轴的刚度足够 4 4搅拌轴长度设计 根据所选联轴器 传动轴伸入釜体长度L1 350mm 参考文献 2 P470 表18 37 可知L H L1 L2 其中H为釜体高度 L2为桨叶距釜底距离 封头的深度为400mm H 400 1800 400 2600mm 桨叶距釜底距离L2的确定 L2 400mm所以 搅拌轴长度L 2600 350 400 1950mm 选型部分 氯乙烯单体 氯乙烯或氯乙烯与另一单体混合在水介质中于搅拌下悬浮聚合制得聚合物 该聚合物堆积密度高 在自由流动 脱单体 胶凝 和吸收增塑剂方面得到改善 长径比的影响 1 对搅拌功率的影响 因为搅拌功率与搅拌桨叶直径的五次方成正比 如果搅拌桨叶的直径岁釜体长径比的减小而增大时 将会增大搅拌功率 2 对传热的影响 当使用夹套传热时 长径比的增大会使夹套的传热面积增大 同时改善传热效果 3 工艺上的特定要求 例如物料反应 要求通入反应釜的空气与物料要有足够的接触时间 这样液位就必须有一定的高度 因而反应釜的长径比应满足这样的特定要求 法兰的选型 平焊钢法兰 适用于公称压力不超过2 5MPa的钢管道连接 平焊法兰的密封面可以制成光滑式 凹凸式和榫槽式三种 光滑式平焊法兰的应用量最大 多用于介质条件比较缓和的情况下 如低压非净化压缩空气 低压循环水 它的优点是价格比较便宜对焊钢法兰 用于法兰与管子的对口焊接 其结构合理 强度与刚度较大 经得起高温高压及反复弯曲和温度波动 密封性可靠 公称压力为0 25 2 5MPa的对焊法兰采用凹凸式密封面 电机的选型Y112M 2 Y112M 2电机参数 额定功率 4KW额定电流 8 2A转速 2890r min效率 88 5 功率因数 0 87堵转转矩 2 2倍堵转电流 7 0倍最大转矩 2 3倍噪声 74dB A 振动速度 1 8mm s重量 45KG 绕组参数 槽数 30线规 1 06每槽线数 48绕组形式 同心式节距 1 16 2 15 3 14 1 14 2 13接法 三角形线重 3 7KG LC100两级圆柱齿轮减速机 1 LC型减速机传动性能特点a 使用范围广 适用于普通以及防爆场合 满足化工 石油 轻工 食品 有色冶金等工业生产的需要 b 结构紧凑 本机为两级同中心距斜齿轮传动 体积小 重量轻 密封性能好 c 传动平稳 噪声低 采用斜齿啮合 传动平稳 d 使用寿命长 齿轮材料为合金铜 耐磨损 制造精度高 e 效率高 承载能力强 效率高达96 以上 对节省电能优点显著 联轴节 联轴节 又名联轴器 coupling用来联接不同机构中的两根轴 主动轴和从动轴 使之共同旋转以传递扭矩的机械零件 在高速重载的动力传动中 有些联轴器还有缓冲 减振和提高轴系动态性能的作用 联轴器由两半部分组成 分别与主动轴和从动轴联接 一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接 立式夹壳联轴节 D型 标记为 DN50HG5 213 65 机械密封的选取 机械密封型号 59B型适用范围 压力 0 5MPa温度 50 250 转速 5000r min介质 油 水 有机溶剂及其他弱腐蚀性溶剂 形式特点 59B型密封是平衡型多弹簧结构 轴向尺寸小 密封端面受压平均 采用由聚四氟乙烯或柔性石墨制作的契形环做辅助密封圈 结构紧凑 密封可靠 A型单支点机架 HG215666 95 密封面的型号选为榫槽型 2密封面选取容器法兰密封面有三种形式 平面型密封面 凹凸型密封面 榫槽型密封面 因凹凸型 榫槽型密封面 对于平面型压紧密封面 在PN 0 6MPa的情况下 应用最为广泛 此外 当釜体内介质有毒或易燃易爆时 不能采用 而氯乙烯单体是一种易燃 易爆且有毒的物质 凹凸型密封面由一个凸面和一个凹面相配合组成 在凹面上放置垫片 其优点便于对中 防止垫片被挤出 故可适用于压力较高的场合 榫槽型密封面适用于易燃 易爆且有毒的